Abstract The mitochondrial deubiquitylase USP30 negatively regulates the selective autophagy of damaged mitochondria. It has been proposed as an actionable target to alleviate the loss of function of the mitophagy pathway governed by the Parkinson’s Disease associated genes PINK1 and PRKN. We present the characterisation of a N-cyano pyrrolidine derived compound, FT3967385, with high selectivity for USP30. The compound is well tolerated with no loss of total mitochondrial mass. We demonstrate that ubiquitylation of TOM20, a component of the outer mitochondrial membrane import machinery that directly interacts with USP30, represents a robust biomarker for both USP30 loss and inhibition. We have conducted proteomics analyses on a SHSY5Y neuroblastoma cell line model to directly compare the effects of genetic loss of USP30 with selective inhibition in an unbiased fashion. We have thereby identified a subset of ubiquitylation events consequent to mitochondrial depolarisation that are USP30 sensitive. Within responsive elements of the ubiquitylome, several components of the outer mitochondrial membrane transport (TOM) complex are most prominent. Thus, our data support a model whereby USP30 can regulate the availability of ubiquitin at the specific site of mitochondrial PINK1 accumulation following membrane depolarisation. In this model, USP30 deubiquitylation of TOM complex components dampens the trigger for the Parkin-dependent amplification of mitochondrial ubiquitylation leading to mitophagy. Accordingly, PINK1 generation of phospho-Ser65 Ubiquitin proceeds more rapidly and to a greater extent in cells either lacking USP30 or subject to USP30 inhibition.

Abstract There are currently no preventive or disease-modifying therapies for Parkinson’s Disease (PD). Failures in clinical trials necessitate a re-evaluation of existing pre-clinical models in order to adopt systems that better recapitulate underlying disease mechanisms and better predict clinical outcomes. In recent years, models utilizing patient-derived induced pluripotent stem cells (iPSCs) have emerged as attractive models to recapitulate disease-relevant neuropathology in vitro without exogenous overexpression of disease-related pathologic proteins. Here, we utilized iPSCs derived from patients with early-onset PD and dementia phenotypes that harbored either a point mutation (A53T) or multiplication at the α-synuclein/ SNCA gene locus. We generated a three-dimensional (3D) cortical neurosphere culture model to better mimic the tissue microenvironment of the brain. We extensively characterized the differentiation process using quantitative PCR, Western immunoblotting and immunofluorescence staining. Differentiation and aging of the neurospheres revealed alterations in fatty acid profiles and elevated total and pathogenic phospho-α-synuclein levels in both A53T and the triplication lines compared to their isogenic control lines. Furthermore, treatment of the neurospheres with a small molecule inhibitor of stearoyl CoA desaturase (SCD) attenuated the protein accumulation and aberrant fatty acid profile phenotypes. Our findings suggest that the 3D cortical neurosphere model is a useful tool to interrogate targets for PD and amenable to test small molecule therapeutics.